一项刚刚获得欧洲研究委员会资助的实验，可能成为时空本身具有结构——而且这种结构是量子的——的第一个直接证据
一个多世纪以来，物理学一直存在一个潜在的矛盾。爱因斯坦的广义相对论以惊人的精度描述了宇宙的宏观尺度——行星的运动、光的弯曲、黑洞碰撞产生的时空涟漪。量子力学则在微观尺度上做着同样的事情——粒子的行为、原子的结构、光的性质。这两种理论都有效。它们都没有出错。然而，它们在根本上是不兼容的。将它们统一起来被认为是科学中最伟大的未解之谜之一。现在，这种情况可能即将改变。
几周前，卡迪夫大学宣布，引力研究所的哈特穆特·格罗特教授获得了一项欧洲研究理事会的重大资助，用于进行一项突破性实验，其唯一目标是寻找量子引力的第一个直接实验证据。该项目背后的想法既优雅又激进。时空——宇宙的织锦——可能不像爱因斯坦所设想的那样平滑和连续。它可能是粒状的，由像素组成。由离散的量子单元构成，其尺度极其微小，以至于从未被直接测量过：普朗克长度——比质子小约二十个数量级的距离。这些不是可见的像素。但在适当的条件下，理论预测它们会产生一种量子模糊——我们周围物体位置的一种几乎无法察觉的抖动。
格罗特教授的团队计划检测到的正是这种抖动。他们将使用一种台式激光干涉仪——一种精度极高，能够测量比原子千分之一还要小的长度变化——结合两种以前从未一起使用过的尖端量子技术：压缩光，将激光测量中的量子噪声降低到经典极限之外；以及单光子探测，在几乎零噪声的情况下提供前所未有的精度。这项名为“用于量子引力的单光子探测干涉仪”的实验，直接借鉴了为LIGO和Virgo开发的那些技术——引力波探测器，它们已经证明了捕捉数十亿光年外黑洞碰撞产生的时空中最微小的涟漪的能力。
“确认时空的量子特征将是一项划时代的成就。这将从最根本的层面上改变我们对现实的看法，并开辟全新的科学探索方向。在爱因斯坦改变我们对空间和时间的理解一个多世纪后，这个项目可能会让我们离完成他开始的图景更近一步。我认为他会很高兴。”卡迪夫大学的哈特穆特·格罗特教授说道。
如果实验成功，其影响将远远超出单一发现。量化的时空将证实宇宙并非由平滑的场和连续的几何构成——而是由类似于信息的东西构成：离散的、可计数的、根本上是量子的。这将证实几十年来一直在悄然形成的理论概念——从全息原理到时空几何源于量子纠缠的观点。这将意味着我们称之为物理现实的东西——空间、时间、物质——不是宇宙的基础。而是宇宙量子信息从我们的视角看的样子。作为一项额外的收获，同样的实验还可以探测到暗物质和原初引力波的痕迹，那是宇宙最早期瞬间的回声。正如格罗特教授所说，科学并不总是大张旗鼓地宣布自己。有时，它就像实验室桌面上激光束几乎无法察觉的抖动那样悄然而至。
